機械臂在精沖生產中的應用

文/高志生，管明文，周燦光，汪翀·蘇州東風精沖工程有限公司

機械臂在精沖生產中的應用

文/高志生，管明文，周燦光，汪翀·蘇州東風精沖工程有限公司

高志生，工裝部主任工程師，主要從事精沖工藝研究及精沖產品開發工作，參與完成國家重大專項課題兩項，參與國家標準制訂一項，擁有3項專利、2項專有技術。

存在問題

精沖生產中零件的取出最常用的方式是吹氣，即采用壓縮空氣將零件吹出到模具空間以外。這種方式最大的優點是，使用簡單方便，只要有壓縮空氣和氣管即可。

但吹氣的方式存在一些弊端：

⑴易出現零件和廢料吹不出去的現象。零件吹不出去會導致零件的壓傷，嚴重的會造成模具的損壞，如果被壓傷的零件混入到合格件中，則很難將其挑選出來，這樣會導致不良品外流，是不能允許的。

⑵零件易產生磕碰。零件由壓縮空氣吹出，如果氣壓較小，則無法吹出零件，如果氣壓過大，則零件和廢料會以很快的速度飛出模具，此時零件與模具之間，零件與廢料之間以及零件與機床之間都會發生接觸，極易產生磕碰。

⑶零件與廢料混在一起，需再進行分選。精沖是一種高效的沖壓方式，沖次可達到每分鐘30次以上，生產的零件和廢料再經過人工分選，一方面效率低，另一方面增加了人工成本。

⑷噪聲大。壓縮空氣在吹出的時候，會產生很大的噪聲，長期處在高噪聲的環境中，會對人的聽覺造成損傷。

針對以上存在的問題，本文進行了一系列的分析及驗證，找到一種新的取件方式，既能實現零件的順利取出，又能保證避免磕碰、混料、噪聲等問題，即采用機械臂取件。

解決思路

導致以上問題的主要原因，是采用了壓縮空氣吹件的方式，故要解決這些問題，需從取件方式著手，制訂解決方案。

隨著精沖自動化水平的提高，機械臂取件方式也開始應用于精沖生產中，其穩定性高，是一種可靠的替代吹件的取件方式。

方案1：機械臂推件方式

如圖1所示，機械臂設計在模具前部，通過機械臂的往復運動，實現零件的取出。

方案2：機械臂推料刮件方式

如圖2所示，機械臂設計在模具后部，通過對機床參數的調整，實現機械臂前進時將廢料移出模具，返回時將零件移出模具。

圖1 機械臂推件方式

圖2 機械臂推料刮件方式

方案3：機械臂拉件方式

如圖3所示，機械臂設計在模具后方，當沖壓完成后，模具打開，機械臂移動進模具中，然后再將零件和廢料頂出，機械臂回程時將零件和廢料帶出模具。

方案實施

方案1試驗

機械臂的參數設置如圖4所示。點1到5是精沖沖壓過程，從點5到1’是模具打開的過程，在此過程中，當滑塊下行到點6和7時機床頂件和卸料；繼續下行到點a時機械臂啟動，將零件推出模具；下行到點8時機床送料；下行至點b時，機械臂開始返回；當滑塊達到下死點時，形成一個沖壓循環。

圖3 機械臂拉件方式

圖4 方案1機械臂的參數設置

該方案有以下優點：⑴避免了零件的磕碰；⑵沒有噪聲；⑶機械臂的結構簡單；⑷不會發生零件推不出去的現象；⑸可承受載荷大。

該方案的缺點：當零件與廢料的尺寸比較接近時，廢料極易落在零件上，后序無法把零件和廢料自動分離。如圖5所示，該零件有多個小廢料和一個較大的廢料，當機械臂將零件和廢料推出時，大廢料落在零件上，當通過分離滑道時，小廢料落入廢料滑道進入廢料箱，而大廢料則隨零件一起到了零件收集區。

圖5 方案1的缺點

方案2試驗

機械臂的參數設置如圖6所示。將機械臂的啟動點設置在卸料之后頂件之前。當模具打開到點6時，機床卸料，沖壓廢料落在模具上表面；當滑塊達到點a時，機械手啟動，把廢料推至模具前方的滑道；滑塊繼續下行至點7時，模具頂件，把零件從凹模頂出；滑塊下行至點8時，開始送料；到點b時，機械手開始返回，返回時將零件從模具后部帶出；滑塊到下死點時形成一個沖壓循環。

該方案有以下優點：⑴實現了零件和廢料的自動分離；⑵避免了零件的磕碰；⑶沒有噪聲；⑷機械臂的結構簡單；⑸不會發生零件推不出去的現象；⑹可承受載荷大。

該方案的缺點：⑴廢料是從機床前部推出，而操作人員也在機床前方，雖然有安全防護門，但仍然存在一定的安全風險；⑵模具前部需要設計專門的傳送機構，用于廢料的傳輸，而前機床內部的空間有限，較難布置。

方案3試驗

機械臂的參數設置如圖7所示，其結構如圖8所示。該方案使用兩個機械臂，分別用于零件的取出和廢料的取出，模具后有兩個出料滑道，用于零件和廢料的傳送。兩個機械臂的啟動點均設置在卸料和頂件之前，返回點設置在卸料和頂件之后。

圖6 方案2機械臂的參數設置

圖7 方案3機械臂的參數設置

圖8 機械臂結構

方案3的優點：⑴實現了零件和廢料的自動分離；⑵避免了零件的磕碰；⑶沒有噪聲；⑷不會發生零件推不出去的現象。

方案3的缺點：⑴機械臂的結構相對于方案1和方案2來說，所需機械臂數量較多，比較復雜，維護難度比較大；⑵承受載荷稍小，適用于重量小于0.5kg的零件。

圖9 為機械臂在模具中的狀態；圖10為零件和廢料滑到分離裝置處的狀態。

圖9 機械臂在模具中

圖10 零件和廢料滑到分離裝置處

結論

通過以上三個方案的應用對比，得到以下結論：

⑴方案1的機械臂適用于零件和廢料尺寸相差較大的情況，不僅可以解決精沖中的磕碰問題，也很容易實現零件和廢料的分離；如果零件與廢料尺寸相近，且有零件和廢料分離要求的產品，則不適用此方案。

⑵方案2優點眾多，如果精沖機所生產的零件比較單一，該方案將是最佳選擇，只需在模具前部設計一套傳送裝置，可輕松將其優點全部發揮；但如果精沖機所生產產品種類較多，則不適用。

⑶方案3結構相對復雜，在生產中應用穩定性高，對于重量小于0.5kg的零件都適用，且不論零件與廢料的尺寸是否接近都可使該方案發揮出全部優點。

不同的零件應用選不同形式的機械臂，只有選擇正確才能發揮其全部的優點。

結束語

隨著自動化技術的不斷提升，機械臂的應用已逐步在精沖行業中展開。近年來，我們也對機械臂的應用進行了一些研究，僅借此文將近年的應用心得進行分享，希望對同行有一些借鑒意義。